申请日2005.08.08
公开(公告)日2007.07.11
IPC分类号C02F3/32
摘要
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种序批式潜流人工湿地污水处理工艺。通过在序批式潜流人工湿地中连续进水、周期性落干过程净化污水，布水系统将污水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断面，污水向下流动，基质层处于落干状态，污水在基质孔隙间与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用，污水不断流入，基质层内自由水面形成，并逐渐抬升，自由水面以下的水继续与微生物、基质和植物根系作用;当水面上升至预设高度或达到预设开阀时间，电磁阀开启，基质层中的水排空，通过水在迅速下降过程中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现大气复氧，运行周期结束。本发明以潜流湿地浸润线不断上下起伏、抽吸大气向基质复氧为特征，能够数十倍地增强湿地的充氧能力、使氨氮去除效率提高5倍以上，同时显著减轻湿地壅堵现象、减小湿地面积。本发明突破了现有湿地技术的瓶颈，并且全自动控制，操作管理十分简单。
权利要求书
1、序批式潜流人工湿地污水处理工艺，通过在序批式潜流人工湿地中连续进水、周期 性落干过程净化污水，其特征是：在由湿地植物、基质层组成的序批式潜流人工湿地中，周 期开始时，通过布水系统将污水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断面，污水向下流 动，由于基质层呈落干状态，基质层中的孔隙间充满空气，水流在基质孔道内呈非满流状 态，污水与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用;随着污水不断流入，基质层 内自由水面形成，并逐渐抬升，处于自由水面以下的水继续与微生物、基质和植物根系作 用;当自由水面上升至设定值时，电磁阀开启，基质层中的水排空，通过水在迅速下降过程 中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现基质层大气复氧，污水处理周期结束。
2、根据权利要求1所述的序批式潜流人工湿地污水处理工艺，其特征在于设定值为预 设开阀高度，出水槽水位上升到布水系统下8～12cm处，电磁阀打开;出水槽水位下落到与 集水系统同高，电磁阀关闭。
3、根据权利要求1所述的序批式潜流人工湿地污水处理工艺，其特征在于设定值由双 位时间控制器预设开阀时间，预设开阀时间为10～300分钟，关阀时间为1～48小时。
4、一种序批式潜流人工湿地，其特征在于由布水系统(2)、基质层(3)、集水系统(9)和控 制系统组成，其中，控制系统由电磁阀(7)和开闭控制设备(12)连接组成，布水系统(2)的布水 管位于基质层(3)表面下10～15cm处，集水系统(9)位于基质层(3)的底部，集水系统(9)中的集 水干管(10)通过三通(11)一端连接电磁阀(7)，另一端通过出水管(6)连接出水槽(4)，基质层(3) 的表面是种植的水生或陆生植物。
5、根据权利要求4所述的序批式潜流人工湿地，其特征在于所述水生或陆生植物为香 蒲、芦苇、美人蕉、香根草、灯芯草、旱伞草、芦竹之一种或几种组合。
6、根据权利要求4所述的序批式潜流人工湿地，其特征在于基质层(3)自上而下分别 由工程砂石、小砾石、大砾石组成，基质层总厚度为60～120cm，其中，工程砂石厚度为 0～950mm，粒径为1～15mm，小砾石厚度为50～100mm，粒径为10～40mm，大砾石厚度 为100～150mm，粒径为30～60mm。
7、根据权利要求4所述的序批式潜流人工湿地，其特征在于控制系统由电磁阀(7)和双 位时间控制器连接组成。
说明书
序批式潜流人工湿地污水处理工艺
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种序批式潜流人工湿地污水处理工艺。
背景介绍
潜流湿地(人工湿地技术的一种)是一种典型的污水生态处理技术。由于它具有运行费 用低、维护管理简单、对周边环境影响小、可以分散化和小型化建设的特点，在城郊农村地 区十分适用。经过近30年的时间，表面不积水的下行流湿地逐渐成为潜流湿地技术发展的 主流方向。下行流湿地具有以下特点：
(1)布水系统埋在湿地表面土层之下，由此实现湿地的潜流布水;
(2)布水系统平铺在湿地上部基质层中，把污水均布在湿地水平断面后，污水均匀向 下流动，在流动过程中水质得到净化，
(3)集水系统平铺在湿地底部基质层中，收集均布在湿地水平断面的污水，污水汇集 后经集水干管流入出水槽，最后翻越出水槽薄板堰排出。出水槽薄板堰用来调节湿地浸润 线。
研究与实践表明，在各种潜流湿地形式中，下行流湿地的水力条件最好，水力负荷高且 最容易保证湿地在潜流状态下运行。但是，该技术仍然存在以下缺点：
(1)轮休效果差。湿地进水期间，浸润线以下的基质孔隙被污水充满;湿地轮休期间 (停止进水)，浸润线以下的基质孔隙仍然被污水充满，轮休效果差。
(2)充氧能力差。下行流湿地通过三条途径向基质中的微生物充氧：植物、预曝气和 大气。下行流湿地几乎不能有效利用大气复氧途径，只能通过植物和预曝气向基质充氧。研 究表明，当湿地处理生活污水时，由于污染负荷明显高于植物及预曝气充氧能力的上限，植 物泌氧和预曝气对基质内的溶解氧浓度几乎没有影响。
这两个缺点使下行流湿地技术在推广中存在3个瓶颈：(1)造成基质堵塞，表面壅 水，恶化湿地运行环境。基质堵塞主要来源于截留污水中的有机质和基质中细菌的增殖，由 于人工湿地不可能实施反冲洗，所以这些积累的有机质和细菌残体只能通过自身分解来消 耗，之后基质中的孔道才能得以疏通。但是，由于下行流湿地的充氧能力差，基质内是典型 的缺氧/厌氧环境(DO≤0.1mg/L)，微生物降解有机质只能以速度慢、效率低的厌氧途径进 行，如果截留有机质的分解速度没有污水携入污染物的速度快，堵塞就会发生。(2)由于 湿地充氧能力差，基质内是典型的缺氧/厌氧环境，经监测氨化细菌是优势菌群，硝化细菌几 乎没有，因此对氨氮的去除能力很低。(3)下行流湿地必须通过轮休来恢复基质透水性 能，一方面，由于轮休期间下行流湿地中的水得不到放空，降低了轮休恢复基质透水性能的 作用;另一方面轮休增大了湿地的总面积，也就增加了造价。
发明内容
本发明针对现存下行流湿地的缺点，提出一种序批式潜流人工湿地污水处理工艺。
本发明提出的序批式潜流人工湿地污水处理工艺，即通过在序批式潜流人工湿地中连续 进水、周期性落干过程净化污水，其具体步骤为：在由湿地植物、基质层组成的序批式潜流 人工湿地中，周期开始时，通过布水系统将污水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断 面，污水向下流动，由于基质层呈落干状态，基质层中的孔隙间充满空气，水流在基质孔道 内呈非满流状态，污水与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用;随着污水不断 流入，基质层内自由水面形成，并逐渐抬升，处于自由水面以下的水继续与微生物、基质和 植物根系作用;当自由水面上升至设定值时，电磁阀开启，基质层中的水排空，通过水在迅 速下降过程中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现基质层大气复氧，污水处理周期 结束。
本发明中，设定值为预设开阀高度，出水槽水位上升到布水系统下8～12cm处，电磁阀 打开;出水槽水位下落到与集水系统同高，电磁阀关闭。
本发明中，设定值为预设开阀时间，预设开阀时间为10～300分钟，关阀时间为1～48 小时。
本发明提出的序批式潜流人工湿地，由布水系统2、基质层3、集水系统9和控制系统 组成，其中，控制系统由电磁阀7和开闭控制设备12连接组成，布水系统2的布水管位于基 质层3表面下10～15cm处，集水系统9位于基质层3的底部，集水系统9中的集水干管10 通过三通11一端连接电磁阀7，另一端通过出水管6连接出水槽4，基质层3的表面是种植 的水生或陆生植物1。
本发明中，所述水生或陆生植物为香蒲、芦苇、美人蕉、香根草、灯芯草、旱伞草、芦 竹等之一种或几种组合。
本发明中，基质层3自上而下分别由工程砂石、小砾石、大砾石组成，根据进水水质的 不同选择的基质层总厚度为60～120cm，其中，工程砂石厚度为0～950mm，粒径为1～ 15mm，小砾石厚度为50～100mm，粒径为10～40mm，大砾石厚度为100～150mm，粒径 为30～60mm。
本发明中，控制系统由电磁阀7和双位时间控制器连接组成。
本发明中，控制系统由电磁阀7和开闭控制设备12组成，出水槽水位控制电磁阀开 闭。设定出水槽水位与湿地基质中的自由水面同高度，当出水槽水位上升到预设高水位时， 即布水系统下8～12cm处，电磁阀打开;当出水槽水位下落到预设低水位时，即与集水系统 同高时，电磁阀关闭。为了节省投资，控制系统可以由电磁阀7和双位时间控制器组成，采 用双位时间控制器控制电磁阀开闭。预设开阀时间为10～300分钟，关阀时间为1～48小 时，控制电磁阀在设定时间内开闭。
本发明中污水净化过程在基质层中完成，污水在基质中的自由水面可以占据不同的位 置，称为浸润面;其自由水面曲线称为浸润线。本发明具有以下优点：
1、湿地连续进水，使占地面积降到最小;
2、浸润线高低不停变化，能最大限度利用大气复氧能力，使好氧/厌氧环境交替出现， 从而提高基质微生物量及活性，营造更好的微生物反应环境，提高氨氮去除能力、减轻壅堵 现象;
3、同时具备连续流湿地和间歇流湿地的优点，合二为一;
4、污水在基质内的停留时间与普通下行流湿地相同，克服了下行流湿地低浸润线运行 时硝化能力强，但停留时间短、缺少缺氧环境的矛盾;
5、系统自动控制，操作管理简便。
本发明中提出的序批式潜流人工湿地以浸润线不断上下起伏、抽吸大气向基质复氧为特 征，整合了连续流湿地和间歇流湿地的优势，能够数十倍地增强湿地的充氧能力、使氨氮去 除效率提高5倍以上，同时显著减轻湿地壅堵现象、最大限度减小湿地的占地面积。该发明 突破了现有湿地技术的瓶颈，并且全自动控制，操作管理十分简单。